10 marzo, 2011

Gracias a la pérdida de un poco de ADN no tenemos espinas en el pene y tenemos cerebros más grandes

Se han preguntado ¿por qué las gatas hacen tanto escándalo después de una noche de pasión con su amado gato? Al parecer, el encuentro no es tan placentero para ella, tanto así que ni bien termina, lo agarra a golpes. Resulta que los gatos, al igual que otros mamíferos como el ratón y los chimpancés, poseen penes cubiertos por espinas de queratina —el mismo componente que conforma las uñas. Esta característica física no está presente en los humanos debido a la pérdida de regiones específicas de nuestro genoma según reportaron científicos norteamericanos ayer en Nature.

Menos del 2% de nuestro genoma llega a ser expresado a proteína, lo demás es conocido —de manera incorrecta— como ‘ADN basura’. Resulta que estas regiones no codificantes son importantes reguladores de la expresión genética, con la capacidad de potenciar o inhibir la función de los genes.

Al comparar el genoma humano con el del chimpancé —nuestro pariente evolutivo más cercano— se encontraron regiones específicas que estaban ausentes en nuestro genoma. A estas regiones las denominaron como hDELs (deleciones específicas humanas). Para determinar cuáles de estas deleciones provocaban cambios funcionales en nuestro organismo, un equipo de científicos americanos liderados por el estudiante de doctorado Cory Y. McLean de la Universidad de Stanford, identificaron regiones altamente conservadas en los genomas del chimpancé y otros mamíferos que se encontraban ausentes en el genoma humano. A estas regiones las denominaron hCONDELs (deleciones específicas de secuencias altamente conservadas).

Usando herramientas bioinformáticas, McLean et al. predijeron 583 hCONDELs en el genoma humano, de las cuales, 510 pudieron ser validadas posteriormente. Las hCONDELs tenían un tamaño promedio de ~2,800pb y casi todas —509 de las 510— se encontraban en regiones no codificantes, dentro de los elementos regulatorios que controlan la expresión de genes involucrados en el desarrollo neuronal y en la respuesta a hormonas esteroideas.

Al analizar los hCONDELs involucrados con la respuesta a hormonas esteroideas, McLean et al. encontraron que había una deleción flanqueando al locus que codifica para un receptor androgénico (AR locus). Esta deleción se ubicaba justo en la región encargada de potenciar la expresión del locus AR. Así que, como en nuestro genoma no tenemos dicho potenciador, el locus AR no es expresado. Pero, ¿para qué sirve este locus?

Para responder a esta pregunta, los investigadores clonaron dicha región ausente en humanos, lo unieron un gen reportero (lacZ) y lo introdujeron en embriones de ratón para ver en que parte de su cuerpo era expresado. El reportero LacZ evidenciará la expresión del gen clonado a través de una coloración azul.

Al analizar los fetos, vieron que el locus AR era expresado en las vibrisas faciales y en el tubérculo genital del ratón. Las vibrisas faciales son esos bigotes que poseen ciertos mamíferos (perros, gatos, conejos, ratones, etc.) los cuales son pelos especializados que tienen la capacidad de funcionar como un órgano sensorial táctil. También observaron que dicho locus era expresado en el tejido superficial de la epidermis que se encuentra debajo  las espinas de queratina del pene. Al mutar el locus AR, los investigadores observaron que los ratones ya no desarrollaban espinas, confirmando así la función de este locus.

ARlocus

Como los humanos hemos perdido la región potenciadora del locus AR, no podemos desarrollar penes con espinas tal como lo tienen los chimpancés y los macacos, con quienes compartimos un ancestro común hace unos 8 millones de años. ¿Qué ventaja trae consigo la pérdida de espinas?. Según los investigadores, un pene sin espinas los hace menos sensibles, prolongando así el tiempo que dura la copulación humana con respecto a la del chimpancé y estableciendo una relación social más fuerte. Además, la morfología sencilla de nuestro pene está asociado con una estrategia reproductiva monógama.

Por otro lado, al analizar los hCONDELs involucrados con el desarrollo neural, los investigadores también observaron la pérdida de un potenciador relacionado con el gen GADD45G. Los investigadores también clonaron esta región ausente en humanos y los introdujeron —unido al reportero LacZ— en embriones de ratón. El análisis de los fetos mostró que el gen GADD45G  era expresado en la zona subventricular del cerebro, en el área preóptica y en las regiones ventrales del tálamo e hipotálamo. Estas regiones del cerebro se caracterizan por generar las neuronas.

El producto del gen GADD45G es un represor del ciclo celular y un inductor de la apoptosis que restringe el crecimiento de ciertos tejidos. Cuando el gen está activo en las regiones del cerebro antes mencionadas, actúa como una barrera que evita la generación y migración de las neuronas a otras partes del cerebro. Esto indicaría que gracias a la pérdida de dicho potenciador, los humanos no tenemos activo el gen GADD45G, y por lo tanto, nuestro cerebro tuvo la libertad para expandirse mucho más que en los otros primates, potenciando nuestra inteligencia.

Bueno, ahora queda por determinar que características más nos confiere las otras hCONDELs que aún faltan estudiar. Al parecer, la pérdida de regiones específicas de secuencias de ADN no codificante han resultado beneficiosas para nuestra evolución, lo cual va en contra de lo que uno podría esperar de un proceso de pérdida de material genético. Además, con esta investigación queda demostrada la importancia que tiene el mal llamado ‘ADN basura’. Que no llegue a codificar una proteína no significa que no sirve para nada.

Es en estas regiones —conforman más del 98% de nuestro genoma— donde se encuentran los principales reguladores de la expresión de todos nuestros genes, así como de la inactivación de otros que ya no necesitamos, pero que siguen ahí. Imaginen si pudiéramos insertarnos el potenciador del locus AR, nuestros penes tendrían espinas y hasta nos saldrían bigotes sensoriales. El gen lo tenemos, sólo nos falta el activador.

Referencia:

ResearchBlogging.orgMcLean, C., Reno, P., Pollen, A., Bassan, A., Capellini, T., Guenther, C., Indjeian, V., Lim, X., Menke, D., Schaar, B., Wenger, A., Bejerano, G., & Kingsley, D. (2011). Human-specific loss of regulatory DNA and the evolution of human-specific traits Nature, 471 (7337), 216-219 DOI: 10.1038/nature09774


Esta entrada participa en la II Edición del Carnaval de Biología que tiene como anfitrión al blog La muerte de un ácaro.

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